III. TEORI DASAR 3.1 Prinsip Gelombang Seismik 3.1.1 Tipe Gelombang Seismik Pulsa seismik merambat melewati batuan dalam bentuk gelombang elastis yang mentransfer energi menjadi getaran partikel batuan. Dimensi dari gelombang seismik atau gelombang elastis jauh lebih besar dibandingkan dengan dimensi dari pergerakan partikel di batuan tersebut. Meskipun demikian, penjalaran gelombang seismik dapat ditampilkan kedalam bentuk kecepatan dan tekanan partikel yang disebabkan oleh vibrasi selama penjalarannya. Kecepatan gelombang dalam batuan dimana pergerakan partikel mengalirkan energi yang terjadi dapat menentukan kecepatan gelombang seismik dalam batuan tersebut (Sukmono, 2008). Berdasarkan medium penjalarannya, gelombang seismik dibagi menjadi dua tipe yaitu Gelombang Tubuh (Body Wave) dan Gelombang Permukaan (Surface Wave). A. Gelombang Tubuh Gelombang Tubuh merupakan gelombang yang energinya ditransfer melalui medium di dalam bumi (Priyono, 2006). Berdasarkan sifat gerakan partikel mediumnya, Gelombang Tubuh dibagi menjadi dua yaitu:
27
Embed
III TEORI DASARdigilib.unila.ac.id/16591/14/BAB III.pdf · Pergerakan partikel pada Gelombang-P sejajar dengan arah penjalarannya atau ... C. Prinsip Hyugens ... kecepatan dari perambatan
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
III. TEORI DASAR 3.1 Prinsip Gelombang Seismik
3.1.1 Tipe Gelombang Seismik
Pulsa seismik merambat melewati batuan dalam bentuk gelombang elastis yang
mentransfer energi menjadi getaran partikel batuan. Dimensi dari gelombang
seismik atau gelombang elastis jauh lebih besar dibandingkan dengan dimensi dari
pergerakan partikel di batuan tersebut. Meskipun demikian, penjalaran gelombang
seismik dapat ditampilkan kedalam bentuk kecepatan dan tekanan partikel yang
disebabkan oleh vibrasi selama penjalarannya. Kecepatan gelombang dalam
batuan dimana pergerakan partikel mengalirkan energi yang terjadi dapat
menentukan kecepatan gelombang seismik dalam batuan tersebut (Sukmono,
2008). Berdasarkan medium penjalarannya, gelombang seismik dibagi menjadi
dua tipe yaitu Gelombang Tubuh (Body Wave) dan Gelombang Permukaan
(Surface Wave).
A. Gelombang Tubuh
Gelombang Tubuh merupakan gelombang yang energinya ditransfer melalui
medium di dalam bumi (Priyono, 2006). Berdasarkan sifat gerakan partikel
mediumnya, Gelombang Tubuh dibagi menjadi dua yaitu:
20
- Gelombang-P / Gelombang Primer / Pressure
- Gelombang-S / Gelombang Sekunder / Shear
Pergerakan partikel pada Gelombang-P sejajar dengan arah penjalarannya atau
merambat secara longitudinal (Priyono, 2006). Gelombang-P merambat paling
cepat, sehingga merupakan gelombang yang pertama kali terekam. Kecepatan
Gelombang-P bervariasi di medium. Kecepatan Gelombang-P di kerak bumi
sebesar 5-7 km/s, kecepatan di mantel dan inti bumi sebesar > 8 km/s, kecepatan
di air sebesar 1,5 km/s dan kecepatan di udara sebesar 0,3 km/s (Braile, 2004).
Menurut Veeken (2007) beberapa energi dari Gelombang-P dikonversi menjadi
energi Gelombang-S pada titik refleksi. Gelombang-P dapat merambat pada benda
padat, cair dan gas. Secara matematik, Gelombang-P ditulis sebagai berikut
(Priyono, 2006) :
𝑉𝑝 = 𝑘 +
43 𝜇
𝜌 (1)
dimana : 𝑉𝑝 = kecepatan primer
𝑘 = Modulus Bulk (menyatakan incompressibility)
𝜇 = Konstanta Lame (menyatakan rigidity)
ρ = densitas
Pergerakan Gelombang-S secara transversal, yaitu tegak lurus terhadap arah
rambatanya. Jika arah gerakan partikelnya pada bidang horizontal, maka
Gelombang-S tersebut merupakan Gelombang-S Horizontal (SH) dan jika
pergerakan partikelnya pada bidang vertikal, maka Gelombang-S tersebut
merupakan Gelombang-S Vertikal (SV) (Priyono, 2006). Gelombang-S hanya
21
merambat dalam benda padat dan tiba setelah Gelombang-P dengan kecepatan
yang bervariasi. Pada kerak bumi kecepatan Gelombang-S sebesar 3-4 km/s, pada
mantel bumi kecepatannya sebesar > 4,5 km/s sedangkan kecepataanya pada inti
bumi sebesar 2,5 – 3 km/s (Braile, 2004). Secara matematik, Gelombang-S ditulis
sebagai berikut (Priyono, 2006) :
𝑉𝑠 = 𝜇
𝜌 (2)
dimana : 𝑉𝑠 = kecepatan sekunder
𝜇 = Kontanta Lame (menyatakan rigidity)
ρ = Densitas
Gambar 8. Jenis Gelombang Tubuh (a) Gelombang-P (b) Gelombang-S
(Braile, 2004)
B. Gelombang Permukaan
Gelombang Permukaan merupakan gelombang yang transfer energinya terjadi
pada permukaan bebas dan menjalar dalam bentuk ground roll dengan kecepatan
A
B
22
berkisar antara 500 m/s - 600 m/s. Gelombang Permukaan memiliki amplitudo
besar dan frekuensi yang rendah. Ada dua tipe gelombang Permukaan yaitu:
- Gelombang Love merupakan Gelombang Permukaan yang gerakan partikelnya
mirip dengan Gelombang-S, yaitu terjadi secara transversal. Gelombang Love
merupakan gelombang permukaan yang terbesar dan amplitudonya meningkat
seiring dengan bertambahnya kedalaman. Kecepatan (2-4,4 km/s) dan penetrasi
Gelombang Love bergantung pada frekuensi, semakin kecil frekuensi maka
kecepatan dan penetrasi akan semakin besar. Gelombang Love merambat lebih
cepat dari pada Gelombang Rayleigh (Braile, 2004).
- Gelombang Rayleigh memiliki gerakan partikel yang merupakan kombinasi
dari gerakan partikel Gelombang P dan S. Gerakan partikel gelombang ini
terpolarisasi elips dengan faktor amplitudo yang mempunyai tanda
berkebalikan sehingga gerakan partikelnya mundur (Priyono, 2006). Kecepatan
(2 - 4,2 km/s) dan penetrasi Gelombang Rayleigh bergantung pada frekuensi,
semakin kecil frekuensi maka kecepatan dan penetrasi akan semakin besar
(Braile, 2004).
A
23
Gambar 9. Jenis Gelombang Permukaan (a) Gelombang Rayleigh (b) Gelombang
Love (Braile, 2004)
3.1.2 Hukum-Hukum Perambatan Gelombang Seismik
A. Hukum Snellius
Aplikasi utama hukum Snellius dalam bidang seismik adalah untuk menentukan
sudut refleksi dan refraksi gelombang yang timbul pada bidang batas lapisan yang
berbeda di sudut yang bukan 90. Hukum Snellius menyatakan bahwa sudut
refleksi selalu menunjukkan sudut yang sama dengan sudut datangnya. Sudut
datang dan sudut pantul diukur dari batas normal antara dua lapisan dengan
impedansi seismik yang berbeda.
Energi yang ditransmisikan melewati bidang batas lapisan akan mengalami
perubahan arah perambatan yang disebut dengan refraksi gelombang akustik.
Arah gelombang akustik yang dibiaskan bergantung pada perbandingan kecepatan
kedua lapisan yang dilalui. Gambar 9 adalah hubungan antara kecepatan yang
berbeda dimana VP2> Vs2> Vp1> VS1. Akibatnya, sudut refraksi untuk kedua
Gelombang-P dan Gelombang-S lebih besar dari sudut refleksi yang ditimbulkan.
B
24
Gambar 10. Refleksi dan Refraksi dari Timbulnya Gelombang-P Saat
Vp2 > Vs2 > Vp1 > Vs1 (Gadallah dan Fisher, 2009)
Dimana: Pinc = Gelombang-P datang
Prefl = Refleksi Gelombang-P
Prefr = Refraksi Gelombang-P
Srefl = Refleksi Gelombang-S
Srefr = Refraksi Gelombang-S
θ0 = Sudut datang gelombang terhadap garis normal
θp = Sudut refleksi Gelombang-P
θs = Sudut refleksi Gelombang-S
Фp = Sudut refraksi Gelombang-P
Фs = Sudut refraksi Gelombang-P
Secara matematis, hukum Snellius refraksi ditulis sebagai berikut :
sin 𝜃1
sin 𝜃2=
𝑉1
𝑉2 (3)
dimana : θ1 = sudut datang
θ2 = sudut bias
25
𝑉1= kecepatan cahaya sebelum dibiaskan
𝑉2= kecepatan cahaya sesudah dibiaskan
B. Prinsip Fermat
Prinsip Fermat menyatakan bahwa jika sebuah gelombang merambat dari satu
titik ke titik yang lain, maka gelombang tersebut akan memilih jejak yang
tercepat. Kata tercepat memberikan penekanan bahwa jejak yang akan dilalui
oleh sebuah gelombang adalah jejak yang secara waktu tercepat bukan yang
terpendek secara jarak. Tidak selamanya yang terpendek itu tercepat. Dengan
demikian, jika gelombang melewati sebuah medium yang memiliki variasi
kecepatan gelombang seismik, maka gelombang tersebut akan cenderung melalui
zona-zona kecepatan tinggi dan menghindari zona-zona kecepatan rendah. Untuk
lebih jelasnya perhatikan Gambar 10 di bawah ini.
Gambar 11. Prinsip Fermat (Oktavinta, 2008).
26
C. Prinsip Hyugens
Prinsip Huygens menyatakan bahwa setiap titik-titik pengganggu yang berada di
depan muka gelombang utama akan menjadi sumber bagi terbentuknya deretan
gelombang yang baru. Jumlah energi total deretan gelombang baru tersebut sama
dengan energi utama.
Gambar di bawah ini menunjukkan prinsip Huygens.
Gambar 12. Prinsip Huygens (Oktavinta, 2008).
Di dalam eksplorasi seismik titik-titik di atas dapat berupa patahan, rekahan,
pembajian, antiklin, dan lain-lain. Sedangkan deretan gelombang baru berupa
gelombang difraksi. Untuk menghilangkan efek ini dilakukanlah proses migrasi.
3.2 Metode Eksplorasi Seismik
Hal yang perlu diperhatikan dalam metode seismik terkait dengan sumber energi
(source) dan alat penerima (receiver) gelombang seismik adalah peristiwa refleksi
(pemantulan) dan refraksi (pembiasan). Gambar 12 menunjukkan bahwa lapisan
pertama dan kedua memiliki jenis batuan yang berbeda sehingga densitas
kecepatan dari perambatan gelombang seismik juga akan berbeda. Ketika